(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１空間と、この第１空間から気体を吸い込み、その温度及び湿度を調整しつつ前記第１空間へ気体を還流させる第２空間と、前記第１空間と前記第２空間を仕切る仕切壁を備えた装置本体と、
前記第１空間に向けて開口した吸込部と、この吸込部から吸い込まれた前記第１空間内の気体を前記第２空間に向けて吹き出す吹出部とを有する送風機と、
前記第２空間内に配置され、前記吹出部から吹き出された気体の冷却及び除湿を行う冷却除湿器とを備え、
前記仕切壁に、前記吸込部の近傍空間と前記吹出部の近傍空間とを連通させ、前記送風機の前記吹出部と前記冷却除湿器との間の気体の一部を前記送風機の前記吸込部に戻す連通路が形成されていることを特徴とする恒温恒湿装置。
【請求項２】
前記冷却除湿器が、前記吹出部と対向して配置されることを特徴とする請求項１に記載の恒温恒湿装置。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却除湿器を備えた恒温恒湿装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
機器や部品等の被試験体について、目的とする温度及び湿度下での作動状態を検査する環境試験などに、恒温恒湿装置と呼ばれる装置が用いられている。この恒温恒湿装置としては、被試験体が設置される第１空間（試験室）と、第１空間との間が仕切壁によって仕切られ、内部に冷却除湿器と加熱器と加湿器とが配置された第２空間（空調室）と、両空間の間で気体を循環させる送風機とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１の恒温恒湿装置では、送風機は、第１空間の気体の流れの下流側端部に配置され、第２空間内の気体を吸い込んで第１空間に向けて吹き出しているが、図５に示すように、送風機６３が、第２空間６２内の気体の流れの上流側端部に配置された構成の恒温恒湿装置６０もある。この場合、送風機６３は、第１空間６１内の気体を吸い込んで第２空間６２に向けて吹き出している。送風機６３から吹き出された空気は、冷却除湿器６４、加熱器６５、加湿器６６を順に通過した後、第１空間６１に送出される。
【０００４】
特許文献１の恒温恒湿装置や、図５に示すような恒温恒湿装置６０では、第１空間から第２空間内に導入された気体は、冷却除湿器を通過して冷却及び除湿されてから、加熱器及び加湿器によって所定の温湿度に調整されて第１空間に送出される。冷却除湿器としては、冷凍回路の一部を構成する蒸発器が用いられている。冷却除湿器は、内部を流れる冷媒と外部の気体との熱交換により冷却を行い、この気体に含まれる水蒸気を露点温度よりも冷却して凝縮させることにより除湿を行う。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２-３７２２９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図５に示す恒温恒湿装置６０のように、送風機６３が気体の流れの上流側端部に配置されている場合、通常、送風機６３の吸込側と吹出側とは連通しないように仕切られている。これは、送風機６３から吹き出された気体が再び吸込側に戻るショートサーキットが生じることにより、送風効率が低下するのを防止するためである。
【０００７】
また、特許文献１の恒温恒湿装置や図５に示すような恒温恒湿装置において、例えば、３〜２０％ＲＨ程度の低湿度の気体を得るには、冷却除湿器の冷凍能力を高くして、冷凍除湿器の除湿能力を上げる方法が行われる。冷却除湿器として、冷凍回路の一部を構成する蒸発器が用いられている場合、冷媒循環量を増加させることにより、冷却除湿器の冷凍能力を上げることができる。しかしながら、冷媒循環量が増加すると、冷媒配管内の圧力が上昇する。気液混合状態において、冷媒の特性上、圧力が上昇すると、冷媒の蒸発温度が上昇するため、冷媒の温度と循環気体の温度差が小さくなり、冷却除湿器によって十分に温度を下げることができず、除湿しづらくなる。つまり、冷却除湿器の冷却能力を高くしようしても、蒸発温度が高くなるため、冷凍除湿器の冷凍能力（除湿能力）を大幅に向上させることができない。その結果、低湿度制御を行うことが困難であった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、低湿度制御を容易に行うことのできる恒温恒湿装置を提供することである。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００９】
請求項１の恒温恒湿装置は、第１空間と、この第１空間から気体を吸い込み、その温度及び湿度を調整しつつ前記第１空間へ気体を還流させる第２空間と、前記第１空間と前記第２空間を仕切る仕切壁を備えた装置本体と、前記第１空間に向けて開口した吸込部と、この吸込部から吸い込まれた前記第１空間内の気体を前記第２空間に向けて吹き出す吹出部とを有する送風機と、前記第２空間内に配置され、前記吹出部から吹き出された気体の冷却及び除湿を行う冷却除湿器とを備え、前記仕切壁に、前記吸込部の近傍空間と前記吹出部の近傍空間とを連通させ、前記送風機の前記吹出部と前記冷却除湿器との間の気体の一部を前記送風機の前記吸込部に戻す連通路が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
この構成によると、目的とする湿度が低湿度の場合、送風機の吹出部から吹き出された気体の大部分は、冷却除湿器を通過して冷却及び除湿された後、第１空間内に還流される。
【００１１】
また、仕切壁には、吸込部の近傍空間と吹出部の近傍空間とを連通させる連通路が形成されているため、送風機の吹出部から吹き出された気体の一部は、冷却除湿器を完全には通過せずに、冷却除湿器の上流側の部分で、ある程度冷却されつつ、はね返された後、連通路を介して吸込部の近傍空間に戻される。そして、第１空間内の気体と共に送風機に再び吸い込まれて、第２空間内に吹き出される。従って、送風機と冷却除湿器の間の気体の一部は、既に冷却除湿器によってある程度冷却及び除湿されているため、冷却除湿器の入口側の循環気体の温度及び湿度は、連通路を設けない場合に比べて低くなる。温度、湿度共に低くなった冷却除湿器の入口側の循環気体は、冷却除湿器を通過することにより、さらに冷却除湿されるため、連通路を設けない場合に比べて、冷却除湿器の出口側の温度及び湿度はさらに低くなる。よって、冷凍能力を上げなくても、低湿度の気体を得ることが可能となるため、低湿度制御が容易になる。
【００１２】
請求項２の恒温恒湿装置は、請求項１において、前記冷却除湿器が、前記吹出部と対向して配置されることを特徴とする。この構成によると、吹き出された空気の大部分を、冷却除湿器に通過させやすいため、冷却効率性が良い。さらに、送風機から吹き出された空気の一部を、冷却除湿器の上流側の部分ではね返らせやすく、送風機側に戻しやすい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態の恒温恒湿装置１は、内部に第１空間３と第２空間４とを有する装置本体２と、両空間３、４で空気を循環させる送風機２０と、第２空間４内に配置された冷却除湿器３０、加熱器１０及び加湿器１１と、第１空間３内の温度及び湿度を検出する温度センサ１２及び湿度センサ１３と、第１空間３内の温湿度を目的とする温湿度になるように制御する制御装置１４とを備える。冷却除湿器３０は、後述する冷凍回路４０の一部を構成している。制御装置１４は、後述する冷凍回路４０、加熱器１０、加湿器１１、温度センサ１２、湿度センサ１３及び送風機２０にそれぞれ接続されている。尚、以下の恒温恒湿装置１の説明において、図１中の左右方向及び上下方向をそれぞれ左右方向及び上下方向と定義する。
【００１４】
装置本体２は、第１空間３と、この第１空間から気体を吸い込み、その温度及び湿度を調整しつつ第１空間３へ気体を還流させる第２空間４と、両空間３、４を仕切る仕切壁５とを備える。装置本体２は、直方体形状の箱体に形成されている。本実施形態では、装置本体２内には、空気が封入されているものとする。
【００１５】
仕切壁５は、装置本体２の左右側面とほぼ平行であって、装置本体２の天井面から装置本体２の底面近傍まで延在している。仕切壁５の左側に第１空間３が形成され、仕切壁５の右側に第２空間４が形成されている。
【００１６】
仕切壁５の上部には、円形状の連通孔５ａが形成されている。連通孔５ａの縁部には、第２空間４側に突出する短筒状の筒部７が形成されている。この筒部７は、２つの空間３、４を仕切る仕切壁５の一部を構成している。筒部７は、送風機２０の後述する吸込口２４に連通している。
【００１７】
仕切壁５の下側の端部には、多孔板６が連結されている。多孔板６は、第２空間４から第１空間３へ流れる空気の流れを整えるためのものである。多孔板６は、装置本体２の底面と平行な床板部６ａと、装置本体２の左右側面と平行な側板部６ｂとから構成されている。床板部６ａは、第１空間３の床面を構成している。多孔板６としては、例えば、ステンレスなどの金属製の板に、打抜き加工による多数の円形状の貫通孔が形成された、いわゆるパンチングメタルが用いられる。
【００１８】
第１空間３には、図示しない被試験体が設置される。第１空間３の下部（多孔板６の上側）には、温度センサ１２と湿度センサ１３が設置されている。温度センサ１２及び湿度センサ１３により検出された温度及び湿度は、制御装置１４に入力される。
【００１９】
送風機２０は、第２空間４の上部に設置されており、第１空間３と第２空間４との間で空気を循環させるためのものである。送風機２０は、遠心ファン２１と、この遠心ファン２１の外部を覆うファンカバー２２と、遠心ファン２１を駆動するモータ２３とから構成される。
【００２０】
遠心ファン２１は、モータ２３によって駆動されると、軸方向の一端（図１中の左側）から空気を吸い込んで、径方向に吹き出す。モータ２３は、回転数が可変のものが用いられており、モータ２３の回転数は制御装置１４によって制御されている。ファンカバー２２の左端には、第１空間３に向けて開口した吸込口２４が形成され、ファンカバー２２の周側面の下部には、吹出口２５が形成されている。送風機２０は、吸込口２４から吸い込んだ気体を、吹出口２５から第２空間４内に下向きに吹き出すように構成されている。
【００２１】
また、吸込口２４は、筒部７と連通している。但し、吸込口２４と筒部７との間には、僅かな隙間８が形成されている。隙間８は、吸込口２４の近傍空間と、吹出口２５の近傍空間とを連通させるものであり、本発明の連通路を構成している。送風機２０は、第１空間３内の気体を連通孔５ａ及び筒部７を介して吸込口２４から吸い込むとともに、第２空間４（吹出口２５近傍）の気体を隙間８を介して吸込口２４から吸い込むようになっている。
【００２２】
送風機２０の下側には、冷却除湿器３０が配置されている。冷却除湿器３０は、吹出口２５と対向して配置されており、吹出口２５から吹き出された空気の流れ方向おいて、加熱器１０及び加湿器１１よりも上流側に配置されている。冷却除湿器３０としては、後述する冷凍回路４０の一部を構成する蒸発器が用いられている。
【００２３】
冷凍回路４０は、冷却除湿器（蒸発器）３０と、冷媒を圧縮する圧縮機４１と、圧縮した冷媒を凝縮液化する凝縮器４２と、液化された冷媒を減圧膨張させる電子膨張弁４３等とから構成されている。冷却除湿器３０は、内部を流れる冷媒を蒸発させ、冷却及び除湿を行うものである。冷却除湿器３０の出口側の冷媒の経路の途中には、冷媒の蒸発圧力（蒸発温度）を調整する図示しない蒸発圧力調整弁が設けられている。蒸発圧力調整弁を設けることにより、蒸発温度（蒸発圧力）を所定の範囲内にすることができる。また、電子膨張弁４３の開度は、制御装置１４によって制御されている。電子膨張弁４３の開度を大きくすることにより、冷媒循環量を増加させて、冷凍能力を大きくすることができる。
【００２４】
図２〜図４に示すように、冷却除湿器３０は、図２中の左右方向（水平方向）に延在する複数本の蒸発管３１と、送風機２０からの空気の流れに沿って配列された多数枚のフィン３２と、蒸発管３１を支持する左右側板３３、３４と、複数の横連絡管３５及び縦連絡管３６と、入口ヘッダー管３７と、入口管３８と、出口ヘッダー管３９とから構成されている。
【００２５】
蒸発管３１は、上下方向に複数段配列され、且つ、図２中の紙面に直交する方向に複数列配列されている。つまり、複数の蒸発管３１は、多段、多列に配列されている。また、１つの段の複数の蒸発管３１は、次の段の複数の蒸発管３１の列間にそれぞれ配置されている。尚、図３の平面図では、最上段の蒸発管３１のみを表示し、２段目の蒸発管３１は省略している。
【００２６】
多数枚のフィン３２は、空気の流れ方向に平行であって左右方向に狭いピッチで配列されている。フィン３２には、蒸発管３１が貫通されている。フィン３２は、伝熱面積を拡大するためのものである。
【００２７】
左右側板３３、３４には、それぞれ蒸発管３１の左端部と右端部が貫通されている。これにより、左右側板３３、３４は蒸発管３１を支持している。
【００２８】
図４（ａ）に示すように、最上段の２本の蒸発管３１の右端は、入口ヘッダー管３７に接続されており、この入口ヘッダー管３７は入口管３８に接続されている。また、最下段の２本の蒸発管３１の右端は、出口ヘッダー管３９に接続されている。また、入口ヘッダー管３７及び出口ヘッダー管３９が接続されているものを除いて、蒸発管３１の左右両端部は、横連絡管３５及び縦連絡管３６の何れかに接続されている。横連絡管３５及び縦連絡管３６によって、複数の蒸発管３１の列間及び段間が連結されている。
【００２９】
入口管３８から導入された冷媒は、入口ヘッダー管３７を介して最上段の２本の蒸発管３１に入り、直接又は横方向に回流を重ねて、２段目の蒸発管３１に下ろされ、同様に流れた後、順次下方の段の蒸発管３１へと流れ、最終的には、出口ヘッダー管３９から排出される。
【００３０】
冷却除湿器３０は、蒸発管３１内を流れる冷媒を蒸発させて、蒸発管３１の表面及びフィン３２の表面によって外部の空気を冷却する。また、空気中に含まれる水蒸気を露点温度まで冷却することにより、蒸発管３１の表面及びフィン３２の表面に凝縮水滴を付着させて除湿する。
【００３１】
また、蒸発管３１及びフィン３２は、空気の流れの抵抗となる。そのため、図２に示すように、送風機２０から吹き出された空気の大部分（例えば８０〜９０％）は、冷却除湿器３０を通過するが、吹き出された空気の一部（例えば１０〜２０％）は、最上段の蒸発管３１の表面やフィン３２ではね返されたり、最上段の蒸発管３１の列間を通過して、２段目の蒸発管３１の表面ではね返される。このはね返された空気は、隙間８を通って、吸込口２４近傍に導出され、第１空間３内の空気と共に送風機２０に再び吸い込まれる。つまり、恒温恒湿装置１は、吹出口２５から吹出された空気の一部が吸込口２４側に戻るショートサーキットが生じるようになっている。尚、冷却除湿器３０によってはね返された空気は、冷却除湿器３０の上部によってある程度冷却されている。
【００３２】
加熱器１０は、冷却除湿器３０を通過した空気を目的の温度まで加熱するものである。加熱器１０は、電気ヒータが用いられている。加熱器１０の加熱出力は、制御装置１４によって制御されている。
【００３３】
加湿器１１は、冷却除湿器３０及び加熱器１０を通過した後の空気を目的の湿度まで加湿するものである。加湿器１１は、第２空間４の底部に設けられた加湿皿１１ａと、この加湿皿１１ａ内に配置されている電気ヒータ１１ｂとから構成される。加湿皿１１ａ内には水が収容されており、この水を電気ヒータ１１ｂで加熱して蒸発させることにより、加湿皿１１ａ付近の空気を加湿する。加湿器１１の電気ヒータの加熱出力（加湿出力）も、加熱器１０の加熱出力同様、制御装置１４によって制御されている。
【００３４】
制御装置１４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成されている。制御装置１４には、冷凍回路４０、加熱器１０、加湿器１１、温度センサ１２、湿度センサ１３及び送風機２０のモータ２３がそれぞれ接続されている。制御装置１４には、入力部（図示省略）が接続されており、この入力部を用いて設定温度及び設定湿度が設定される。制御装置１４は、温度センサ１２及び湿度センサ１３によって検出された温湿度と設定された温湿度とを比較して、第１空間３内の温湿度が設定された温湿度になるように、冷却除湿器３０の冷凍能力、加熱器１０の加熱出力、加湿器１１の加湿出力、及び、送風機２０の運転等を制御する。
【００３５】
例えば、設定湿度が検出湿度より低く、且つ、設定温度が検出温度とほぼ同じ場合には、まず、目的とする湿度まで湿度低下させるために、冷却除湿器３０により冷却除湿を行った後、冷却除湿器３０によって過度に冷却された空気を加熱器１０によって加熱して、設定温度まで温度上昇させている。また、設定温湿度及び検出された温湿度によっては、加湿器１１には通電されない場合もある。
【００３６】
次に、以上のように構成された恒温恒湿装置１の動作について、特に、目的とする湿度が、例えば、３〜２０％ＲＨ程度の低湿度であって、除湿を行う場合について説明する。第１空間３内の空気は、連通孔５ａ及び筒部７を介して吸込口２４から吸い込まれる。吹出口２５から吹き出された空気の大部分（例えば８０〜９０％）は、冷却除湿器３０を通過して冷却及び除湿された後、加熱器１０で加熱され、温湿度が目的とする温湿度になるように調整されてから、多孔板６を介して第１空間３内に還流される。
【００３７】
また、吸込口２４の近傍空間と吹出口２５の近傍空間とを連通させる隙間８が形成されているため、吹出口２５から吹き出された空気の一部（例えば１０〜２０％）は、冷却除湿器３０の上部で冷却されつつ、はね返された後、隙間８を介して吸込口２４の近傍空間に戻される。そして、第１空間３内の空気と共に送風機２０に再び吸い込まれて、第２空間４内に吹き出される。従って、冷却除湿器３０と送風機２０の吹出口２５の間の空気の一部は、冷却除湿器３０によって既にある程度冷却されているため、冷却除湿器３０の入口側の空気の温度及び湿度は、隙間８を設けない場合に比べて低くなる。温度、湿度共に低くなった冷却除湿器３０の入口側の空気は、冷却除湿器３０を通過することにより、さらに冷却除湿されるため、隙間８を設けない場合に比べて、冷却除湿器３０の出口側の温度及び湿度はさらに低くなる。よって、低湿度の気体を得ることが可能となる。
【００３８】
また、低湿度制御を行うために、冷媒循環量を増加させて冷却除湿器３０の冷凍能力を高くして、除湿能力を高くしようとすると、冷媒循環量が増加することにより蒸発温度が上昇してしまうため、除湿しづらくなる。つまり、冷凍能力を上げるという方法では、恒温恒湿装置１の除湿能力を大幅に上げることはできない。一方、本実施形態の恒温恒湿装置１は、吹出口２５から吹出された空気の一部が吸込口２４に戻るショートサーキットを生じさせることによって、より低湿度の気体を得ることが可能となっている。従って、恒温恒湿装置１は、冷却除湿器３０の冷凍能力を上げなくても、低湿度の気体を得ることが可能なため、低湿度制御を容易に行うことができる。
【００３９】
また、冷却除湿器３０が送風機２０の吹出口２５と対向して配置されていることにより、送風機２０から吹き出された空気の大部分を、冷却除湿器３０に通過させやすいため、冷却効率が良い。さらに、送風機２０から吹き出された空気の一部を、冷却除湿器３０の上部ではね返らせやすく、吸込口２５近傍に戻しやすい。
【００４０】
次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を用いて適宜その説明を省略する。
【００４１】
１］前記実施形態では、筒部７と吸込口２４との間に僅かな隙間８を空けて、この隙間８を本発明の連通路としたが、連通路は、上記の構成に限定されるものではない。例えば、筒部７と吸込口２４の縁部とが隙間なく連結され、筒部７の周面の一部に貫通孔が形成されている構成であってもよい。この場合、筒部７に形成された貫通孔が本発明の連通路となる。尚、ショートサーキットの空気の流れを良くするために、貫通孔（連通路）は、筒部７の周面の下部に形成することが好ましい。
【００４２】
２］また、例えば、筒部７が設けられておらず、連通孔５ａと吸込口２４とが僅かな隙間を空けて直接連通されている構成であってもよい。この場合、この隙間が本発明の連通路となる。
【００４３】
３］さらに、例えば、筒部７と吸込口２４の縁部とが隙間なく連結されており、仕切壁５の連通孔５ａの下側の位置に連通孔５ａよりも小径の貫通孔が形成され、この貫通孔に連通管が連結され、この連通管の端部が吸込口２４近傍に配置されている構成であってもよい。この場合、この連通管が本発明の連通路となる。
【００４４】
４］また、前記実施形態および上記の変更形態の連通路は、温湿度の設定値によって閉じることが可能な構成であってもよい。例えば高温高湿制御などでは、連通路を閉じることで、目的の温湿度に到達しやすくなる。
【実施例】
【００４５】
以下、具体的な実施例を伴って本発明の効果を検証する。
実施例の恒温恒湿装置としては、前述した実施形態の恒温恒湿装置と同じ構成のものを用いた。また、比較例としては、図５に示すように、ショートサーキットが生じないように構成された従来の恒温恒湿装置を用いた。
【００４６】
実施例及び比較例の恒温恒湿装置を、設定温度を４０℃として、冷凍能力を変えて（電子膨張弁の開度を変えて）、湿度を限界まで下げて運転した。そして、第１空間内の空気の温湿度が安定したときの加熱器の加熱出力、第１空間内の空気の温度及び湿度、冷却除湿器の入口側及び出口側の空気の温度を測定した。その結果を表１に示す。加熱器は、冷却除湿器によって過度に冷却された空気を、目的の温度まで上昇させている。そのため、冷却能力が大きいほど、加熱器の加熱出力も大きくなる。つまり、冷凍能力は加熱器の加熱出力にほぼ比例している。表１に示すように、実施例１と比較例１、及び、実施例２と比較例２は、互いに加熱出力がほぼ同じであるため、冷凍能力もほぼ同じであると考えられる。尚、実施例及び比較例の蒸発温度は、冷凍回路の蒸発圧力調整弁によってほぼ同じ値に調整されている。
【００４７】
【表１】
0005180688.tif 000002
【００４８】
表１の結果から、実施例２の恒温恒湿装置の第１空間内の湿度は、冷凍能力がほぼ同じ（加熱出力がほぼ同じ）比較例２の第１空間内の湿度よりも明らかに低くなっていることがわかる。また、冷凍能力がほぼ同じ実施例１と比較例１の第１空間の湿度を比較しても、実施例１の方が約１％ＲＨ低くなっている。
【００４９】
また、実施例１、２の冷却除湿器の入口側の空気の温度は、冷凍能力がほぼ同じ比較例１、２の冷却除湿器の入口側の空気の温度よりも低くなっている。これにより、実施例の恒温恒湿装置では、隙間（連通路）によって、ショートサーキットが生じていることにより、冷却除湿器と送風機の吹出口との間の空間の温度が低下していることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施形態に係る恒温恒湿装置の概略を示す図である。
【図２】冷却除湿器の正面図である。
【図３】冷却除湿器の平面図である。
【図４】（ａ）は冷却除湿器の右側面図であり、（ｂ）は図２に示すＡ-Ａ線断面図である。
【図５】従来の恒温恒湿装置の概略を示す図である。
【００５１】
１  恒温恒湿装置
２  装置本体
３  第１空間
４  第２空間
５  仕切壁
５ａ  連通孔
７  筒部
８  隙間（連通路）
１０  加熱器
１１  加湿器
２０  送風機
２４  吸込口（吸込部）
２５  吹出口（吹出部）
３０  冷却除湿器
【図１】
0005180688.tif 000003
【図２】
0005180688.tif 000004
【図３】
0005180688.tif 000005
【図４】
0005180688.tif 000006
【図５】
0005180688.tif 000007